基于化学式的混合物组分质量分数计算

#基于化学式的混合物组分质量分数计算混合物中各组分（或元素）的质量分数计算涉及化学式，按照常规的方法求解比较繁琐.转换思维角度，采用不同的假设策略、考虑化学式中某些元素质量的固定比、利用“化合物中正负化合价代数和为零”的规则和元素守恒思想等，常常能化繁为简，巧妙解题。根据化学式的计算是初中化学计算中的一个重要组成部分，其基本类型包括计算物质（纯净物）的相对分子质量、物质中各元素的质量比、物质中某元素的质量分数。混合物中各组分（或元素）的质量分数计算，由于涉及到很多化学式，若按照常规的方法求解，要设很多的未知量，不仅过程繁琐，计算量较大，而且容易出现错误。如果转换思维角度，采用不同的假设策略、考虑化学式中某些元素质量的固定比、利用“化合物中正负化合价代数和为零”的规则和元素守恒思想等，常常能化繁为简，巧妙解题。一、假设法极端假设极端假设就是将混合物看成多种极端情况，由纯净物的化学式计算其中某组分的质量分数，从而得出正确的判断。【例1】一定量的CO、CO2的混合气体中碳元素的质量分数可能为（ ）A.10% B.30%C.50% D.70%解析:（1）假设混合气体只含CO,则其中碳元素的质量分数为：12/28x100%=42.86%（2）假设混合气体只含CO2，则其中碳元素的质量分数为：12/44x100%=27.27%由于混合气体实际上由CO、CO2两种气体组成，因此混合气体中碳元素的质量分数应在27.27%〜42.86%，故符合题意的选项是（B）.答案：（B）【例2】在FeO、Fe2O3和CaCO3的混合物中，已知铁元素的质量分数为56%，则CaCO3的质量分数可能是（ ）A.10% B.25%C.30% D.35%解析:（1）假设混合物只含FeO和CaCO3.设混合物中FeO的质量分数为x，则xx56/72=56%解得x=72%，则混合物中CaCO3的质量分数为：1—72%=28%（2）假设混合物只含Fe2O3和CaCO3.设混合物中Fe2O3的质量分数为y，则yx112/160=56%解得y=80%，则混合物中CaCO3的质量分数为：1—80%=20%由于混合物实际上由FeO、Fe2O3和CaCO3m种物质组成，因此混合物中CaCO3的质量分数应在20%〜28%,故符合题意的选项是．答案:(B)2．中值假设中值假设就是把混合物中某纯净物的量值假设为中间值,以中间值为参照,进行分析、推理,从而巧妙解题．【例3】一密闭容器含二氧化硫和三氧化硫,测得其中氧元素的质量分数为54%,则其中二氧化硫的质量分数为( )A.60% B.50%C.40% D.30%解析:此题用常规法计算较为复杂。由化学式计算可知:二氧化硫中氧元素的质量分数为50%,三氧化硫中氧元素的质量分数为60%．假设它们在混合物中的质量分数各为50%,则混合物中氧元素的质量分数应为:(50%+60%)/2=55%．题给混合物中氧元素的质量分数为54%<55%,而二氧化硫中氧元素的质量分数小于三氧化硫中氧元素的质量分数,因此混合物中二氧化硫的质量分数应大于50%,显然只有选项(A)符合题意．答案:(A)等效假设在不改变纯净物相对分子质量的前提下,变换化学式,使复杂问题简单化．【例4】已知在NaHS、NaHSO3和MgSO4组成的混合物中硫元素的质量分数为a%,则混合物中氧元素的质量分数为.解析：由于Na和H的相对原子质量之和等于Mg的相对原子质量，所以可以将“NaH”视为与“Mg”等效的整体，据此，可以将原混合物假设为由MgS、MgSO3和MgSO4三种化合物组成.从各成分的化学式可以看出，无论三种纯净物以何种质量比混合，混合物中Mg、S的原子个数比固定为1：1,混合物中Mg、S元素的质量比固定为24:32,因为混合物中硫元素的质量分数为a%,则混合物中Mg的质量分数为:(24/32)a%=3a%/4,所以混合物中氧元素的质量分数为1－a%－3a%/4=1－1.75a%．赋值假设在有关化学式的计算中,赋予某些特定对象具体的量值,化抽象为具体,以使问题顺利解决。【例5】青少年应“珍爱生命,远离毒品”．海洛因是一种常用的毒品,其元素的质量分数分别为:C:68.29% H:6.23% O:21.68%,其余为氮。若已知其相对分子质量不超过TOC\o"1-5"\h\z400,则一个海洛因分子中氮原子个数为( )A.4 B.3C.2 D.1解析：此题若由C、H、O、N的质量分数计算各元素的原子个数比，进而确定化学式，计算量大,较繁。依题意可知:海洛因中氮元素的质量分数为1－68.29%－6.23%－21.68%=3.8%,比海洛因中其他元素的质量分数都小,且氮原子的相对原子质量又较大,因此不妨假设一个海洛因分子中氮原子的个数为1,可计算海洛因的相对分子质量为:14/3.8%=368<400,恰好符合题意，故一个海洛因分子中氮原子的个数为1,此题的答案应选(D)．答案;(D)二、巧用定比【例6】Fe(OH)2和Fe(OH)3的混合物，其中Fe的质量分数是54%,则混合物中氧元素的质量分数是.解析：Fe(OH)2和Fe(OH)3的混合物中由铁、氢、氧三种元素组成，其中铁元素的质量分数为54%,那只能求得氢与氧元素的质量分数之和为46%.从化学式可看出，不管^e(OH)2和Fe(OH)3,氢元素的质量与氧元素的质量有固定的比值，为1：16,又氢与氧元素的质量分数之和为46%,则氧元素的质量分数为46%x16/17=43.3%.【例7】ZnS和ZnSO4的混合物，其中S的质量分数是16%,则混合物中氧元素的质量分数是.解析:ZnS和ZnSO4的混合物中也有三种元素，如果想用例6的方法去寻找三种元素质量之间的比例关系，则毫无办法。但可以把ZnS和ZnSO4的混合物进行拆分，分为两种“成分”，一种是ZnS,另一种是氧元素，很明显，在第一种“成分”ZnS中，锌元素与硫元素有固定的质量比,即65：32,而硫元素的质量分数是16%,则锌元素的质量分数为32.5%,则氧元素的质量分数为1－16%－32.5%=51.5%.三、利用化合价规则根据“化合物中正负化合价代数和为零”,列方程求解.【例8】NaCl、MgCl2的混合物中，氯的质量分数为71%,求镁的质量分数？解析：设混合物的相对质量为100,Mg的相对质量为x,则混合物中Cl的相对质量为71,Na的相对质量为(100-x—71)，从而得出Na、Mg、Cl三种原子的原子个数分别为:(100-x—71)/23、x/24、71/35.5,利用化合价规则列出方程:(+1)x(100-x—71)/23+(+2)xx/24+(—1)x71/35.5=0解此方程得x=18.5,混合物中镁的质量分数为18.5%.四、宏观量与微观量相互转化【例9】已知尸《0、Fe2O3、Fe3O4组成混合物中，铁与氧质量比为21：8,则混合物中FeO、Fe2O3、Fe3O4三种物质的质量比可能是( )A.9：20：5B.9：20：33C.2：5：3 D.5：6：3解析:宏观与微观联系是化学学科独特的思维方式,如果抓住已知条件,将质量比(宏观量)转化为原子个数比,问题就会容易解答:由铁与氧的质量比(宏观量)为21：8,可得出混合物中铁与氧的原子个数比(微观量)为21/56：8/16=3：4.由于混合物的成分之一Fe3O4中的铁氧原子数比与这一比值一致，因此，混合物中Fe3O4的质量无论多少，都不会影响混合物中铁原子与氧原子的个数比为3：4.通过对FeO、Fe2O3组成特点的分析又可得出，FeO、Fe2O3必须按分子数1：1的比例混合，才能保证混合物中铁原子与氧原子的个数比为3:4.从而得到混合物中三种氧化物的分子个数比(微观量)为1：1：任意数，三种物质的质量比(宏观量)为:(56+16)：(56x2+16x3)：任意值=9：20：任意值，符合题意的选项为(A)、(B).答案:(A)(B)五、元素守恒法【例10】一定质量的铝粉和炭粉的混合物在空气中充分加热，冷却后称得产物的质量等于原混合物的质量，则原混合物中炭粉的质量分数是